Устройство для измерения неэлектрических величин

 

УСТРОЙСТВО ДНЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, содержащее первичный измерительный преобразователь , интегратор, подключенный к нему первым входом компаратор, источник опорного напряжения ,соединенный с вторым входом компаратора, два триггера, первый из которых первым входом связан с выходом компара-i тора, автогенератор, элемент И, первым входом соедияенньш с выходом автогенератора, третьим - с выходом первого триггера, счетчик импульсов , счетным входом связанный с выхо дом элемента И, выходом - с первым входом второго триггера, дешифратор. 1055958 А 3

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3377179/18-28 (22) 16.12.81 (116) 23.11 83. Вюл. Р 43 (7 2) A. Н. Пойда (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В. И. Ленина (53) 531.787.7 (088.8) (56) 1. Яшин А.А.. Измерение текущих и средних толщин пленок бесконтактным методом.-"Измерительная техника."., Р 4, 1972.

2. Гитис Э. И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств, H. "Энер, гия", 1975, с. 369 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, содержащее первичный измерительный преобразователь, интегратор, подключенный к нему первым входом компаратор, источник опорного напряжения,соединенный с вторым входом компаратора, два триггера, первый из которы ; первым входом связан с выходом компаратора, автогенератор, элемент И, первым входом соединенный с выходом автогенератора1 третьим — с выходом первого триггера, счетчик импульсов, счетным входим связанный с выходом элемента И, вых;.дом . — с первым входом второго триггера, дешифратор, „„SU„„1055958 А подключенный к нему отсчетный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измерений, оно снабжено вторым и третьим элементами И, инвертором, реверсивным счетчиком, выход компаратора подключен к инвертору, четвертому входу второго элемента И и управляющему входу источника опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом интегратора, выход второго триггера соединеи с вторыми . входами всех элементов И и вторым входом первого триггера, выход которого связан с третьими входами второго и третьего элементов И ., выход . инвертора соединен с четвертым входом третьего элемента И, первые входы всех элементов И объединены, второй вход второго триггера, подключаемый к источнику сигнала внешнего управления,соединен с управляющим входом счетчика импульсов и первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого связан с выходом второго элемента И, третий — с выходом третьего элемента И, выход — с вхо-, ipoM дешифратора, источник опорного напряжения выполнен управляемым, а первичный измерительный преобразователь подключен к первому входу интегратора непосредственно.

S 1055

1Ьобретение относится к измерительной технике и можеr быть использовано для измерения различных неэлектрическнх величин, в частности перемещений, деформаций и т.п. 5

Известно устройство для измерения перемещений, .содержащее автогенератор, датчик, подключенный к автогенератору, опорный генератор, индикатор С 1 2

Недостатком устройства является сравнительно невысокая точность измерений, обусловленная нелинейной зависимостью частоты автогенератора от изменения выходного параметра датчика, а также зависимостью выходного сигнала от температуры.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения неэлектричес- 2б . ких величин, содержащее первичный измерительный преобразователь, интегратор, подключенный к нему первым входом компаратор, источник опорного напряжения, соединенный с вто- 25 рым входом компаратора, два триггера, первый из которых первым входом свя - зан с выходом компаратора, автогенератор, элемент И,первым входом соединенный с выходом автогенератора, третьим — с выходом первого триггера, счетчик импульсов, счетнь:и входом связанный с выходом элемента И, выходом — с первым входом второго триггера, дешифратор и подключенный к нему отсчетный блок (2 ).

Недостатком известного устройства является недостаточная точность измерений, связанная с наличием ключей на входе интегратора, что обуславливает зависимость результатов измерений от внешних условий, например температуры.

Цель изобретения — повышение точности измерений. Ф 45

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения неэлектрических величин, содержащее первичный измерительный преобразователь, интегратор, подключенный к нему первым входом компаратор, источник опорного напряжения, соединенный с вторым входом компаратора, два триггера, первый из которых первым вхо(ом связан с выходом компаратора, автогенератор, эг,еме:(г И, первым входом соединенный с выходом автогенера-! !ра, третьим — . выходом первого ! (,р«1 с(! еГ ч! к н«(н :„>((>(он (ч(1 н!)(!«! вх(.д(ом свяч((н!(ый с выходом элемента

И,выходом — с первым входом второго триггера, дешифратор, подключенный к нему отсчетн.(й блок, снабжено вторым и третьим элементами И, инвертором, реверсивным счетчиком, выход компаратора подключен к инвертору,четвертому входу второго элемента И и управляющему входу источника опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом интегратора, выход второго триггера соединен с вторыми входами всех элементов И и вторым входом первого триггера, выход которого связан с третьими входами вто" рого и третьего элементов И, выход инвертора соединен с четвертым входом третьего элемента И, первые входы всех элементов И объединены, второй вход второго триггера, подключаемый к источнику сигнала внешнего управления, соединен с управляющим входом счетчика импульсов и первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого связан с выходом второго элемента И, третий — с выходом третьего элемента И, выход — с входом дешифратора, источник опорного напряжения выполнен управляемым, а первичный измерительный преобразователь подключен к первому входу интегратора непосредственно

Иа чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения неэлектрических величин.

Устройство содержит первичный измерительный преобразователь например тензометрическнй, включенный по схеме неравновесного моста.

Преобразователь 1 содержит, например,измерительный 2 и компенсационный

3 датчики, включенные в смежные плечи неравновесного моста 4. Измерительная диагональ моста 4 подключена к амплитудному детектору 5, а диагональ питания — к автогенератору 6. Выход первичного измерительного преобразователя 1 связан с первым входом интегратора 7, подключенного к компаратору 8, вторые входы интегратора 7 и компаратора 8 соединены с выходом

/ источника 9 опорного напряжения. Лвтогенератор б через элементы И 10-12 связан со счетчиком 13 импульсов и реверсивным счетчиком 14, Первый триггер 15 первым входом соединен с выходом компаратора 8 и входом инвертора )Ь, выходом — с третьими входнмн всех элементов И. Второй триггер 17

50 (О„-и„) „=(и,+ и„, откуда (2)

41+<2 U0,55 где t u t - соответственно время ин1 2 тегрирова шя первого и второго циклов.

j 10 г< подключен первым входом к выходу счетчика 13 импульсов, вторым — к управ- . ляющему входу счетчика 13 импульсов и первому входу реверсивного счетчика 14. Выход реверсивного счетчика 14 через дешифратор 18 связан с отсчетным блоком 19.

Устройство работает следующим образом.

Автогенератор 6 генерирует переменное напряжение синусоидальной формы, которое поступает в диагональ питания моста 4 первичного измерим тельного преобразователя 1. В резульпадения напряжений HG измери 15

<тельном 2 и компенсационном 3 датчиках в .измерительной диагонали моста 4 возникает разность потенциалов з

0 . Эта разность потенциалов через амплитудный детектор 5 поступает на первый вход интегратора 7, к второму входу которого приложено напряжение U снимаемое с выхода источнирУ ка 9 опорного напряжения. Алгебраическая су а напр Яжений (U <+ 0р ) ин 25 тегрируется интегратором 7 и возникающее на его выходе напряжение сравнивается компаратором 8 с напряжением U, подаваемым на его второй вход с выхода источника 9 опорного напряжения .Интегрирование происходит в два цикла. В первом цикле на вход интегратора подается разность напРЯжений (-00+ 0к), пРичем 0о 0х

В момент времени, когда напряжение яа выходе интегратора 7 достигает значения вЂ,0, компаратор 8 срабатывает и изменяет полярность напряже-. ния на выходе источника 9 опорного напряжения на обратную. Начинается второй цикл работы интегратора 7,при этом на его вход подается напряжение U + 0 х . В момент достижения нап0 ,ряжения на выходе интегратора 7, равного U компаратор 8 срабатывает и снова изменяет полярность напряжения

U0 на обратную.

При постоянстве напряжений U и

U из равенства зарядов при интегО рировании

58 4

Следовательно, напряжение ла выходе измерительной диагонали моста 4

U пропорционально относительной разности длительностей циклов.. „-с

Измерение основано на

2 считывании числа импульсов автогенератора 6, следующих с периодом Тр, ре" версивным счетчиком 14 в теченйе постоянп<1го интервала времени, Т4, который формируется с помощью триггера 17, например RS-триггера, триггера 15,например D-триггера, первого элемента

И 10 и счетчика 13 импульсов. Число импульсов, поступивших в счетчик 14 эа время Ти, %(3)

Ф1 2 О

Чтобы исключить потерю информации при считывании импульсов из-за случайных процессов подачи стартовых импульсов, предусмотрена синхронизация

l начала формирования интервала Т- с пери вым циклом интегрирования.

Формирование интервала Т осуществляется следующим образом.

На вход "Внешнее управление" подается импульс отрицательной -полярности, который устанавлйвает счетчики

l3 и 14 в "0", а на выходе триггера

17 — уровень логической единицы. Первый же импульс, следующий эа этим с выхода компаратора 8 на синхровход триггера 15, устанавливает передним фронтом на его выходе также потенциал логической единицы. Таким образом, на втором и третьем входах всех элементов И устанавливаются уровни логических "1". С этого момента через, первый вход элемента И 10 на счетчик 13 начинают поступать импульсы автогенератора 6. Происходит формирование интервала времени Т . Одновременно импульсы автогенератора 6 поступают на первые входы элементов И 11 и 12. Однако на входы реверсивного счетчика 14 эти импульсы проходят только через тот элемент И, на четвертом входе которого имеется потенциал логической единицы. В течение первого такта интегрирования t1 на выходе компаратора 8- отрицательный потенциал, следовательно, потенциал логической "1" через инвертор 16 подан на четвертый вход элеиента

И 12, через который импульсы автогенератора 6 поступа1от на суииирующий вход реверсивного счетчика 14. >а

Ф., Т о (4) 5 время t в счетчик поступает число

1 импульсов

1055958 Ь ра 6 на счетчики 13 и 14. Передний фронт очередного импульса компаратора

8 устанавливает уровень логического

"0" и на выходе триггера,15.

Интервал времени

B это время на четвертом входе элемента И 11 потенциал логического "0".

Во время второго такта интегрирования t, когда на выходе компара;. тора 8 имеется положительное напряже-10 ние, потенциал логической единицы на четвертом входе. элемента И 11 и импульсы автогенератора 6 поступают, через этот элемент на вычитающнй вход реверсивного счетчика 14. Количество этих импульсов

Н =.* — 2 Т

Ь)

Суммарное число импульсов, считанное за два такта продолжительноетью Ф + t 2 равно разности коли1 чества импульсов, поступивших в первом и втором тактах. к-н-к-- — -, (6) .ty t

25 т 1 2 т

Формирование интервала времени Т> длится до переполнения счетчика 13 .импульсов. Если емкость счетчика Z, 1 30 при достижении этого числа импульсов на выходе счетчика возникает импульс отрицательной полярности, который поступает на установочный вход триггера 17 и на его выходе устанавлива-.— ется уровень логического "0". Так как

35 выход триггера 17 подключен к вторым входам всех элементов И, потенциал логического "0" на выходах запрещает прохождение импульсов автогенерато(7) T Z To

Поэтому в соответствии с уравнениями (2), (3), (6) н (7) число импульсов, поступивших в реверсивный счетчик 14 за время Ти равно

0к (8)

11, Из уравнения (8) следует, что формирование интервала времени Т и заполнение временных интервалов t< и

tg от одного автогенератора 6 привоСР дит к тому, что нестабильность его частоты не влияет на результат измерения. Это позволяет использовать простой автогенератор без стабилизации частоты кварцевым резонатором.

Результат измерения счетчиком 14 числа импульсов через дешифратор 18 передается на отсчетный блок 19. Таким образом, напряжение в измерительной диагонали неравновесного моста

4 пропорционально числу импульсов, сосчитанных в течение постоянного интервала времени Ти

Π— 1 -i N

U х

Построение устройства без включения управляющих ключей между интегратором и первичным измерительным преобразователем обеспечивает повышенную точность измерений.

1055958

Заказ 9285/31 Тираж 602

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Ю. Петраковский

Редактор . П. Коссей - Техред С.Мигунова Корректор, А. Повх